2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及大气环流特征异同

超强厄尔尼诺事件衰减年背景下的2016年和1998年夏季,长江中下游地区出现阶段性持续性强降雨,分别为2016年6月19日—7月7日(简称2016年段)与1998年6月12—27日(简称1998年第Ⅰ段)、7月17日—8月2日(简称1998年第Ⅱ段),给国家防汛工作带来很大挑战。基于中国大陆2 407个气象台站逐日降水量、NCEP/NCAR逐日大气再分析等资料,对比分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征异同。结果表明:(1)上述三段持续性强降雨的雨带位置,2016年段最北,1998年第Ⅰ段最南;降雨强度,2016年段与1998年第I段大体相当,强于1998年第Ⅱ段。(2)三段持续性强降雨期间大气环流特征相似之处表现为我国东部沿海附近均有低槽,西北太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压相较常年同期其范围偏大、强度偏强,高空西风急流和低空西南急流的强度以及副高南侧偏东气流的水汽输送也均较常年同期偏强。(3)三段持续性强降雨期间大气环流特征的差异是,2016年(1998年)持续性强降雨期间我国东部沿海附近低槽较浅(深),同时副高、南亚高压脊线北侧与西风急流带南侧之间的高空辐散区、低空急流带及辐合切变线的位置、南半球澳大利亚高压位置等也偏北(南),形成的强降雨带位置亦偏北(南);2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高、南亚高压、高空西风急流的强度明显强于1998年第Ⅱ段,形成的降雨强度也更强。     

热带对流活动与长江中下游和华北地区夏季旱涝的关系

利用ＯＬＰ资料,结合ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料,研究了长江中下游、华北地区旱、涝年热带对流活动特征,着重讨论了ＩＴＣＺ位置、季节内低频振荡与两地区旱、涝气候异常的联系,结果发现：１月赤道太平洋上对流活动的异常与夏季两地区旱涝有密切的关系,冬季赤道太平洋对流活动东强西弱（东弱西强）,则对应夏季长江中下游地区易偏涝（旱）,华北地区锡偏旱（涝）;ＩＴＣＺ的位置异常偏南（北）时,夏季长江中下游地区易偏涝     

用综合平均法分析长江中下游春季连阴雨,连晴时期环流的若干问题

本文从1980—1988共9年ECMWF的7层资料选出所有发生在长江中下游连阴雨和连晴这两类事例的逐日数据,分类对温、湿、压、风以及计算的速度势和辐散风,进行综合平均,探讨这两类事例期间环流特别是热带环流的差异。结果指出,这两类局部地区的天气现象与副热带急流、东亚Had ley环流、以及行星尺度辐散风场相联系。而这些行星系统的差异,除去强冷空气活动外,可能与副高中心位置有关。     

春季长江中下游旱涝的环流特征及对前期海温异常的响应

春季长江中下游降水有显着的年际、年代际变化特征,进入21世纪以来长江中下游春季降水偏少现象频繁发生.根据中国国家气候中心160站月平均降水资料和美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)月平均再分析资料,重点探讨春季(3-5月)长江中下游地区降水异常的环流特征、可能成因、机理以及对外强迫的响应.春季长江中下游降水异常偏多(少)的环流主要特征是:高层200hPa风场上东亚副热带西风急流中心位置比气候态偏北(南);中层500hPa亚洲地区的阻塞高压主要发生在乌拉尔山(鄂霍次克海)附近、西太平洋副热带高压位置偏北(南);低层850hPa风场的东亚沿海地区为偏南(北)风距平,有利于(不利于)水汽向长江中下游地区输送.大气环流内部动力过程的分析指出:东亚地区上空Eliassen-Palm(EP)通量散度在40°N为正(负)异常、30°N为负(正)异常,有利于东亚高空西风急流中心位置偏北(南),从而导致春季长江中下游降水偏多(偏少).春季长江中下游降水异常偏多(少)年最显着的前期外强迫信号表现为赤道太平洋海温呈现厄尔尼诺(拉尼娜)型.     

夏季长江中下游流域性极端日降水事件的环流异常特征及其与非极端事件的比较

利用1979—2008年夏季(6—8月)的NCEP/NCAR再分析逐日资料与中国743测站的逐日降水资料,对长江中下游地区流域性极端降水(99百分位,也称为极端强降水)、85～90百分位、75～80百分位降水事件进行合成分析,比较了不同百分位降水事件的环流异常特征。结果表明:长江中下游地区流域性极端日降水量的99百分位阈值为25 mm/d。各类降水事件在梅雨汛期出现频率较高。1990年代以后的极端日降水事件明显偏多。在各百分位降水事件中,在对流层中、低层,长江中下游地区均受气旋性异常环流控制,但对流层高层异常环流特征明显不同。无论在低层还是高层,极端事件的异常环流比非极端事件的异常环流强。不同百分位降水事件的水汽主要来源亦有所不同。极端降水事件中,由孟加拉湾直接辐散至长江流域的水汽较强,而在非极端降水事件中,则是来自南海地区的水汽明显偏强。非绝热加热率、与-的异常分布在各百分位降水事件中的分布较为一致,但强度随降水强度的减小而明显减小。另外,极端日降水事件与85～90百分位的降水事件在太平洋上都存在着北负南正的海温分布,但极端降水事件相应的海温异常明显偏强。而在75～80百分位降水事件中,海温并未出现明显异常。说明极端日降水事件的形成与较强的局地环流异常、与中纬度和热带西太平洋-南海区域的环流异常直接相关,与太平洋海温异常存在可能的密切联系,而非极端事件则主要与局地性异常环流有关。这些结果有利于人们认识和预测极端日降水事件的发生。     

热带环流指数与夏季长江中下游旱涝的年限变化

比较利用海－陆气压差和南亚季风环流定义的夏季指数对夏季长中下游旱涝年际变化的表征能力,根据影响东亚季风的主要热带环流定义了一个环流指数,该指数与长江中下游旱涝的年际变化存在很好的对应关系。     

长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用1979～2001年中国160站月平均降水资料、NCEP／NCAR月平均再分析资料，包括OLR资料、500hPa高度场、海平面气压场及850hPa风场，借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明，热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关，即夏季热带对流活动强(弱)，长江中下游降水偏少(多)，易出现干旱(洪涝)。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常，中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播，引起中、高纬度大气环流系统异常，构成东亚地区大气环流异常，导致长江中下游地区夏季降水异常。     

长江中下游夏季降水格局的成因分析

利用长江中下游24个代表站点的月降水量、NCEP／NCAR全球海温和向外长波辐射(OLR)以及国家气候中心整编的500hPa位势高度场资料，运用对比分析方法，探讨了长江中下游1月和夏季降水的关系，分析了海温和大气环流异常及其演变对降水的影响。结果表明：长江中下游1月和夏季降水有很好的关系，且冬春季海温、大气环流和热带副热带对流活动异常的差异及其演变的不同，对夏季降水有不同的指示意义。     

菲律宾海地区异常环流与长江中下游6月旱涝的关系

利用1951—2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国160站月降水总量资料,研究了菲律宾海地区大气环流异常与长江中下游6月旱涝的关系。结果表明,菲律宾海附近是影响长江中下游地区6月降水的关键区。菲律宾异常反气旋（气旋）在对流层低层明显,强度随高度衰减。且这种大气环流异常与长江中下游地区6月降水的相关关系在低层850hPa最显著,到高层相关性减弱。当出现菲律宾异常反气旋环流时,垂直速度和水汽输送等异常分布特征有利于降水发生,使得长江中下游地区偏涝,反之则偏旱。     

华北盛夏降水年代际变化与南半球环流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个台站降水资料,分析了华北盛夏降水与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的年际关系。结果表明,华北盛夏降水和马高、澳高在年际变化尺度上都有着显著的负相关关系,且这种关系存在年代际变化,并重点分析了与华北盛夏降水年代际变化相对应的南半球环流异常型的特征。     

伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变

主要基于美国NCEP和NCAR的再分析资料（1980～1996年），针对南海夏季风爆发日期进行合成分析，研究了伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变。其结果清楚地表明伴随南海夏季风爆发，南亚和东南亚地区的对流层低层风场、对流层高层位势高度场以及大气湿度场和垂直运动场都有极显著的变化。南亚和东南亚850 hPa上涡旋对的发展和活动以及500 hPa副高从南海地区的东撤对南海季风爆发起着重要作用。伴随南海夏季风的爆发，在孟加拉湾到南中国海一带整层湿度和500 hPa垂直上升运动都出现了极明显的增加。对流层高层和对流层低层环流演变的特征也清楚表明，南海夏季风爆发既是全球环流冬夏演变的一个部分，又有显著的区域性特征。本文还指出南海夏季风在北部比中部和南部早建立的结论依据不足，进而补充给出了亚洲季风爆发日期示意图。     

江南南部初夏雨季的降水和环流气候特征

基于1961～2010年气象台站逐日降水资料、同期美国NCEP/NCAR的逐日再分析格点资料,通过气候平均、REOF分析、聚类分析等方法,分析了江南地区初夏降水的地域性和时段性特征,及西太平洋副高和高、低空急流等大气环流的相应演变过程。结果发现:（1）江南南部27.5°～29.5°N存在一个独立于华南前汛期和江淮梅雨的初夏雨季,该雨季平均发生时间为6月11～30日,比江淮梅雨早约8天左右。（2）西太平洋副高的西伸东退是江南南部初夏雨季发生发展的重要环流背景,6月第2候副高发生突变性加速西伸之后雨季开始,雨季期间850 hPa副高西伸脊点基本稳定在最西位置即133°E附近,6月第6候副高东退北抬后雨季结束。（3）低层急流大风带的形成和位置是江南南部初夏雨季阶段的重要动力条件,印度洋和孟加拉湾向东北延伸的低层急流与西太平洋副高西北侧的气流连通形成低层急流大风带,并与北侧上空的高空急流耦合,降水集中区位于低层急流大风带左侧、高空急流入口区右侧。     

南海夏季风对华南夏季降水年代际变化的影响

华南夏季降水和南海夏季风都具有准两年的变化特征。研究表明：20世纪70年代以后，华南夏季降水年代际变化主要表现在准两年尺度平均方差的变化上，当准两年方差大时，相应的华南夏季降水多，反之亦然。但是在1976年以前南海夏季风对华南夏季降水的影响并不大，这似乎与两者准两年变化关系的年代际变化有关。南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化在1953-1976年是弱的反位相变化关系，相反地，这一时段它们的非准两年变化成分有很强的正相关；在1977-2000年这一阶段，南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化具有很强的正相关，但是它们的非准两年变化成分的相关性则很差。分析结果还表明，20世纪70年代大气环流的年代际变异使得华南夏季降水准两年变化在最近20多年成为其年际时间演变的主导成分。     

1998年长江流域致洪暴雨的天气特点分析

通过1998年夏季（6-8月）天气图及部分资料的分析，对引起1998年夏季长江流域特大洪水的大到暴雨作了初步分析。结果表明：1998年夏季长江流域致洪暴雨的发生、发展是在一定环流形势下中低层中尺度系统活动频繁而造成的。还提出了1998年夏洪峰降水的两种环流模型，即副高西进低槽东移型和副高稳定且切变线上有西南涡活动型。并指出：当这两类暴雨环流型出现越频繁，暴雨出现次数越多时，长江流域易涝；反之，则长江流域易旱。     

东北及邻近地区夏季气温异常的新特征及对大气环流的响应

利用我国东北及邻近地区（简称东北）123个气象站的逐日地面气温资料和NCEP/NCAR全球再分析月平均500hPa高度场资料,通过EOF和合成分析等方法,对东北夏季气温异常的特征和不同空间型的大气环流进行了分析。结果表明,在全球气候变暖的背景下,我国东北夏季气温异常主要有全区一致型和东北—西南反位相分布型。近60年来气...     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅰ.诊断分析

用1980～1996年OLR资料及NCEP/NCAR再分析资料研究了南海夏季风持续异常的基本特征及其与全球环流的关系.对比分析结果指出,强弱南海夏季风期大尺度环流(副热带高压、局地 Hadley环流及 Walker环流等)变化基本相反.在南海地区出现强弱持续异常的季风活动时,该地区的对流活动不仅与大尺度热带和副热带流场有关,而且还反映出北半球西风带环流的调整.北半球中高纬大气环流对南海夏季风持续异常是有响应的.南海地区季风的强弱,特别是出现持续异常时,强弱季风所对应的动能差异是全球性的,其相应的大气热状态也截然不同.南海夏季风强烈而持续的对流活动明显通过改变大气热源的分布和大尺度垂直环流的结构,影响到更大范围地区的环流状况.     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明：南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异,最早的可以1 d就推进影响到华南地区,最晚的却要42 d,并且这种变化具有明显的年代际变化特征,即20世纪70年末以前,南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早,而70年代末以后,南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚;当南海夏季风建立后,若东亚大槽较深,冷空气活动较活跃,索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱,南亚高压和东亚地区急流位置偏南,就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚,反之,则偏早;南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间,索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强）,华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

海温异常对东亚夏季风及长江流域降水影响的分析及数值试验

对夏季的向外长波辐射(OLR)场及前期热带海温之间的奇异值分解(SVD)分析表明,当自前冬开始的热带海温呈La Nia 型异常分布,相应的对流的最佳耦合模态将是:从印度半岛经孟加拉湾直至南海以及西太平洋暖池都为强对流活动区,而在中国江淮流域地区则为弱区.当海温呈El Nio分布时,则相反.数值试验的结果是:在1998年实际海温强迫下,模式十分成功地模拟了该年夏季流场的基本特征,南海季风爆发的日期及强度皆与实际十分符合,印度季风也偏弱.特别是模式成功地模拟出了1998年长江流域6～7月的强降水,距平百分率达到100%以上.改变热带海温,分别用气候海温代替赤道东太平洋和西印度洋实际海温.结果发现,在用赤道东太平洋气候海温取代实际海温时,与1998年实况相比,印度季风与南海季风明显加强,长江流域降水趋于正常值.即如果1998年不出现El Nio现象,或者海温异常的强度减弱,则长江流域降水就会大大减弱.1998年热带西印度洋海温异常对东亚季风的影响与热带东太平洋十分相像.暖洋面将有利于长江流域的强降水,而不利于南海季风的加强.关键词:海面温度;长江流域;洪涝;南海季风;数值试验